Решение для прецизионного аналогового вывода в ПЛК с надежной защитой

Точность

Высокая точность — это ключевой параметр AD5423. В режиме выхода по напряжению общая нескорректированная ошибка (Total unadjusted error, TUE) не превышает ±0,01% при +25 °C (±0,05% во всем рабочем диапазоне температур) с типичным дрейфом выходного напряжения 0,35 ppm/°C от полного диапазона выходных напряжений (FSR, Full scale range). В режиме выхода по току общая нескорректированная ошибка  не превышает ±0,01% при +25 °C с типичным дрейфом выходного тока 2 ppm/°C от полного диапазона выходных токов.Дифференциальная нелинейность (DNL) гарантированно монотонна во всем рабочем диапазоне и не превышает ±1 МЗР (LSB) при любом режиме работы.

Прецизионный аналоговый ключ ADG5401F имеет специфицированное собственное сопротивление (R_ON) на уровне 6 Ом. У ADG5401F предусмотрен дополнительный канал обратной связи для подключения выхода системы к выводу ЦАП +Vsense. Использование дополнительного канала позволяет исключить ошибку из-за возможных вариаций собственного сопротивления открытого канала ключа R_ON. Максимальный ток утечки ADG5401F составляет 40 нА во всем температурном диапазоне. Такие уровни тока утечки не превышают 1 МЗР (LSB) для 16-битного ЦАП с выходом по току 4–20 мА и обеспечивают высокую точность и максимальный динамический диапазон сигнальной цепи.

Надежность

ADG5401F как многофункциональный аналоговый ключ с защитой от перегрузок по напряжению предназначен для защиты выхода ЦАП AD5423 от перегрузок по напряжению как при поданном на схему напряжении, так и при отсутствии питания. Выходы ключа ADG5401F S (source, основной выход) и SFB (sourcefeedback, дополнительная обратная связь) выдерживают перегрузки по напряжению до ±60 В. Такие уровни допустимых режимов обеспечивают надежную защиту аналоговых выходов микросхем, уязвимых для ошибок подключения, подачи питания и т. д. На рис. 1 представлена типичная схема совместного включения ADG5401F и AD5423, применяемая в системах аналогового вывода.

Рис. 1. Схема совместного включения ADG5401F и AD5423

Уровень напряжения питания ADG5401F устанавливает граничное значение для определения перегрузки по напряжению: в случае если напряжение на выводах S или SFB превысит это значение, будет определен режим сбоя системы. В режиме сбоя системы основной ключ и ключ обратной связи схемы ADG5401F автоматически разомкнутся в течение 800 нс.

В режиме сбоя внутренние ключи ADG5401F разомкнуты, что предотвращает движение электрического тока в сторону выхода ЦАП и в систему электропитания схемы. Таким образом токи перегрузки блокируются, а энергопотребление в режиме сбоя минимизируется. Данная функция позволяет упростить схему защиты и избежать использования дополнительных токоограничивающих резисторов, которые могут влиять на точность в рабочих режимах схемы.

Дополнительно в ADG5401F встроен ключ для обеспечения функции предотвращения обрыва обратной связи. В случае детектирования перегрузки по выходу напряжения или тока ADG5401F прейдет в режим защиты от перегрузки и его внутренние ключи будут разомкнуты. В то же самое время замыкается ключ между входами Dи DFB внутри ADG5401F, что сохраняет петлю обратной связи ЦАП в рабочем режиме и предотвращает переход выходных каскадов ЦАП в насыщение.

В документации на ADG5401F описана методика защиты от стандартных воздействий по IEC 61000-4-2 (статический разряд), IEC 61000-4-4 (быстрые переходные процессы, БПП, EFT), IEC 61000-4-5 (выброс напряжения холостого хода, surge). Для реализации такой схемы необходимо использовать внешние сопротивления и супрессор, схема представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема включения ADG5401F с защитой от стандартных воздействий по IEC 61000

Резисторы необходимо установить внутри обратной связи для минимизации воздействия на точность системы. Уровни защиты от воздействий, достигнутые в схеме с применением ключа ADG5401F, представлены в таблице.

Диагностика

В AD5423 встроен 12-битный диагностический АЦП, который предоставляет телеметрические данные по текущим состояниям напряжений питания, «земли», температуры кристалла ЦАП и источников опорного напряжения (рис. 3).

Рис. 3. Внутренняя структура ЦАП AD5423

Встроенные регистры диагностики сигнализируют о различных возможных режимах перегрузок, а также имеется регистр общей ошибки FAULT. В режиме выхода по напряжению обеспечивается мониторинг короткого замыкания, тогда как в режиме выхода по току — детектирование размыкания цепи. AD5423 выполняет контроль циклическим избыточным кодом (cyclic redundancy check, CRC) получаемых данных и устанавливает флаг общей ошибки в случае, если текущий полученный пакет данных оказывается неверным. Предусмотрен также контроль температуры нагрева кристалла, флаг ошибки устанавливается в случае превышения заранее запрограммированного порога.

Выводы

При совместном использовании ADG5401F и AD5423 обеспечивается точность и надежность схемы аналогового выхода, необходимые для решения современных задач промышленной автоматизации. AD4323 формирует напряжения и токи с высокой точностью для управления исполнительными устройствами, тогда как ADG5401F создает надежную защиту при минимальной вносимой ошибке установления аналоговых сигналов.